特码资料第47期
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数字伺服电动缸在板坯连铸机振动器上的成功应用
发表时间:[2007-09-27]  作者:  编辑录入:admin  点击数:7943
 摘要:酒钢公司与衡阳镭目公司?#29486;?#24320;发,首家在板坯振动系统采用目前先进成熟的计算机技术与大功率数字伺服电动机控制,大幅度提高控制精度及设备性能。并且实现正?#19994;?#38750;正弦改进。连浇炉数?#31245;?#26469;40炉提高至240炉以上。本文介绍了该系统的功能及特点。
1 前言
  提高产品品?#22987;?#20135;量,强化产品市场竞争力是钢铁生产厂家正致力解决的问题。结晶器振动系统是板坯连铸机的核心部件之一,是为了防止初生坯壳与铜板粘结,起强制脱模的作用。?#23460;?#30340;振动装置结构及合理的振动参数和振动曲线。有利于防止粘结漏钢。改善铸坯的表面质量,提高铸机的作业?#22987;?#25391;动系统的安全系数,便于设备的维护与安装。目前,国内新上的板坯连铸机的机?#22270;?#20046;全部为直结晶器弧形连铸机,振动器为液压伺服系统,做直线振动,这在弧形结晶器的板坯连铸机上并不适用,无法实现仿弧运动。
  酒钢板坯连铸机属于弧形结晶器弧形连铸机,振动机构为四偏心?#36136;?#26426;械机构,由于连接关节多,误差累积大,结晶器振动的偏摆较大(≥0.5㎜),无法达到在浇铸方向≤0.2,在浇铸垂直方向≤0.15的设计标准,制约酒钢板坯连铸机拉速的提高、连铸坯表面质量改善,经常导致一些粘结漏钢事故发生,酒钢公司技术人员通过认真的研究分析。决定在不停产、小投资的前提下对老式振动机构改造。与衡阳镭目公司?#29486;?#24320;发了数字伺服电动缸驱动的板坯结晶器振动机构,首次实现了数字伺服电动缸在弧结晶器板坯连铸机成功应用。
2 工作原理
2.1 机械原理说明
  采用4个数字伺服电动缸(见图2),分别安装在内外弧的两侧,作为动力驱动源,直接同步驱动振动台振动。电动缸由上?#36718;?#25215;轴固定,?#36718;?#25215;轴是固定在振动台的固定架上,电动?#23383;?#33021;绕此轴转动;上支承轴固定在振动台的振动架上,可以沿着给定的振动轨迹作仿弧振动。内外弧的电动缸由于所在位置的运动弧半径不同,运动幅度不同。但内外弧的振动频率和相位相同,即同步上下运动。整个系统用伺服系统控制,控制精度高。这?#26234;?#21160;方式克服了原系统传动?#26041;?#22810;、累积误差大的缺点,而且实现了振幅的在线调节,缓冲装置?#31245;?#26469;2组碟簧改为6组螺旋弹簧。
 
图1 四偏心轮振动机构示意图
 
图2 数字伺服电动缸振动机构外观?#25216;?#31034;意图
 
2.2 电气控制原理
  a.非正弦波形产生由工业控制计算机完成。通过优化函数计算出工艺要求需要的基本波形,利用计算机高速度(最高振频为300次/mm(5HZ),而计算机工作频率2.0×109HZ)软件合成结晶器振动波数字化后送给多轴运动控制器:多轴运动控制器不仅接受计算机送来的非正弦波,还要采样电动缸?#23548;?#25391;动波与数字伺服电机的输出波,处理后将非正弦振动波形同步输出到4个电机驱动器。控制伺服电机的运动。
  b.电机驱动器将非正弦波信号转化为大功率数字脉冲电流同步输出到4个大功率数字电机:
  c.中央控?#39057;?#20803;PLC根据现场的拉速信号及操作箱上的状态按钮。选择开关信号,给出启动振动信号及控制相关设备的动作并将信息传输给工控机,由工控机处理计算给出振动波形与曲线。送给多轴控制器驱动4个电动缸。
  d.数字电机驱动数字伺服缸?#26500;?#36724;丝杆做直线往复运动:结晶器在数字伺服缸作用下按设定的波形上下振动。完成整个振动过程。电气控制组成框如图5所示。
 
图3 平面示意图
 
图4 平面示意图
 
图5 电控部分组成框
 
  e.在线位置检测?#33073;?#21147;检测本身不参与数字缸的控制,它实时检测数字缸振动台四个角的?#23548;?#20301;置曲线和各角的?#23548;适?#21147;情况,从而判断数字振动台的运行状态和数字缸的负载情况。对数字缸的在线使用情况实施实时监控。
3 工艺参数的改进
  非正弦振动引入偏斜率,加快下振速度,减少上振速度。在相同拉速下,减少振动频率。能同时?#34892;?#22320;控制坯壳的粘结和铸坯表面的振痕。
  (1)正滑动时间tp较长,使保护渣的消耗量增加,改善润滑效果。减少结晶器对坯壳的摩擦阻力,减小坯壳的拉应力,从而可减少粘结漏钢,改善铸坯表面振痕。
  (2)正滑动时间里。结晶器向上振动的最大速度与拉坯速度之差减少,从而减少结晶器对坯壳的摩擦阻力F,改善铸坯表面振痕。
  (3)负滑动时间里,结晶器向下振动的最大速度与拉坯速度之差较大。因此作用于坯壳上的压力增大,有利于对拉裂坯壳的愈合。并有利于对粘结的坯壳进行强制脱模。
4 振动器各项参数?#21592;?/STRONG>
表1   振动器各项参数?#21592;?#34920;
名称
原机械振动器
电动缸振动器
纵向偏差
≥0.4
≤0.2
横向偏差
≥0.4
≤0.15
相位差
≥0.8
≤0.8
总电流
≥50A
≤4A
 
5 实施效果
5.1 铸机拉速的提高。
5.2 漏钢漏钢次数大幅度下降
  电动缸控制的振动器的振动偏摆大副度降低,大大减少结晶器粘结漏钢事故的发生。原来每年漏钢12~18次,平均每月约1.2次。在使用该振动系统后,在确保振动系统外的连铸工艺无问题的条件下,至今还没有发生过漏钢事故。
表2   拉速提高?#21592;?#34920;
断面
使用前拉速
使用情况简介
?#32568;?/DIV>
220×1250
0.85m/min
使用正常,0.9-1.0 m/min之间,最大为1.1 m/min
机型为弧形结晶器弧形
连铸机
铸机机基本半径7.5m
钢包为50t
220×1250
0.85m/min
使用正常,0.9-1.0 m/min,最大为1.1 m/min
160×1350
0.9m/min
使用正常,1-1.1 m/min,最大拉速为1.2 m/min
160×1250
0.9m/min
使用正常,0.9-1.0 m/min之间,最大为1.1 m/min
 
5.3 连浇率上升、使用寿命增长:
  酒钢原机械式振动器连浇炉数为40炉,超过40炉振动器各连接件就会发生螺栓断?#36873;?#26494;动状况,电动缸控制的振动器结构较为简单。用电动缸代替原来的机械传动系统,简化了传动?#26041;冢?#25552;高传动精度,延长振动器在线使用周期。从根本解决这种问题,目前连浇路数已经达到300炉,原振动器在线使用寿命为40天左右,使用电动缸电动缸控制的振动器在线使用时间目前已经达到120天以上。
5.4 改善了铸坯的表面质量
  采用该振动系统后,结晶器液面平稳,铸坯表面的振痕深度明?#32422;?#23567;。且连续均匀,杜绝了重皮、横裂表面质量问题,纵向裂纹也明显下降。改善了铸坯表面质量。
6 结论
  以伺服电机直接驱动结晶的结晶器非正弦振动系统的开发研制为世界首创,是结合现场的生产工艺及设计技术所得的宝贵成果,为铸坯质量提高,生产及设备事?#22987;?#23569;,连铸高效化改造提供了强有力的设备保证。该系统采用非常规的创新设计,不附加减速装置。由伺服电机直接带动滚柱丝杆驱动振动台运动。经理论计算,模拟实验,现场实验和现场使用验证该系统完全达到了工艺、产能、使用环境及质量要求。该型式的振动机构,投资小、见效快,在不需要停产的前提就可以实?#25351;?#36896;,即可以在弧形结晶器的连铸机上使用,又可以在直结晶器的连铸机上使用,具有广阔的应用前景。
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